文档文本内容
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
2024 年高考一轮复习100 考点100 讲
第15 章 光学
第15.7 讲 光学中的STSE 问题
【知识点精讲】
光学中的STSE 问题主要包括与生活相关、与自然相关、与科技相关等。
【最新高考题精练】
1. （2023 高考山东高中学业水平等级考试） 一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分
原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为
，折射率为n（
）。M、N 下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M 内多次全反射后从下端面射向被测物体，经
被测物体表面镜面反射至N 下端面，N 下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
（1）从M 下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为
，求
的正弦值；
（2）被测物体自上而下微小移动，使N 下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面
到被测物体距离b 的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。
2.（2020 高考江苏物理）我国的光纤通信技术处于世界领先水平.光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套
（外层玻璃）的_______（选填“大”或“小”）。.某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为
，则
1
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
该内芯的折射率为_______.（取
，结果保留2 位有效数字）
3.（10 分）（2019 全国理综I 卷34）如图，一般帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3
m。距水面4 m 的湖底P 点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的
夹角为53°（取sin53°=0.8）。已知水的折射率为
（i）求桅杆到P 点的水平距离；
（ii）船向左行驶一段距离后停止，调整由P 点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，
从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。
4（2011·浙江理综）“B 超”可用于探测人体内脏的病变状况。下图是超声波从肝脏表面入
射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规
律与光的折射规律类似，可表述为
1
1
2
2
sin
sin
v
v
（式中
1
是入射角，
2
是折射角，ν1，ν2 分
别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反
2
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
射规律相同，已知ν2=0.9v1入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰
好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h 为
A.
B.
C.
D.
【最新模拟题精练】
1. （2023 天津南开二模）“浸没式”光刻机的原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而
减小曝光波长，提高分辨率的技术，如图所示。若浸没液体的折射率为
，当不加液体时（可视为真
空）光刻胶的曝光波长为
，则加上液体后与不加液体相比，该曝光光波（ ）
A. 在液体中的频率变为原来的
B. 在液体中的传播速度变为原来的
倍
C. 在液体中的曝光波长约为
D. 传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的
倍
2.（2023 山东烟台三模） 光纤通信作为一门新型技术，以其通信容量大、抗干扰性高和信号衰减小，而
远优于电缆、微波通信
传输，已成为世界通信中主要传输方式。但光纤光缆在转弯的地方弯曲半径不能
3
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
太小，否则影响正常通信。如图所示，模拟光纤通信，将直径为d 的圆柱形玻璃棒弯成
圆环，已知玻璃
的折射率为
，光在真空中的速度为c，要使从A 端垂直入射的光线能全部从B 端射出。求：
（1）圆环内径R 的最小值；
（2）在（1）问的情况下，从A 端最下方入射的光线，到达B 端所用的时间。
3. (2023 河北临考信息卷)唐代诗人韩愈的《原道》里“坐井而观天，日天小者，非天小也。”说的是青蛙
在井底所能看到的天空是有限的。若深8m、半径为0.5m 的井中被灌满水，水的折射率
，如图所示，
处在井底正中央A 处的青蛙沿其正上方上浮，若青蛙想要把井外景物全部尽收眼底，则所处位置与井口水
面的竖直距离最远为
A．
m
B．
m
C．
m
D． 5m
4.（2023 辽宁沈阳三模）盛京灯会冰雕展，利用现代光雕艺术与传统灯艺相结合，打造璀璨梦幻的现场效
果。如图所示，边长为 2a 的正方体冰块，底面中心有一单色点光源 O，从外面看冰块 的上表面刚好全
部被照亮。求：
4
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
（1）此单色光的折射率；
（2）每个侧面，有光射出的面积（不考虑光的反射）
5.（8 分）（2023 广东汕头二模）为保证泳池夜间安全，需要在泳池铺设池底灯提供光照.如图所示，足够
大的泳池中央有一直径为d 的圆形池底灯，灯面与池底相平.已知水的折射率为n，水深为h，水面平静，
求：
（1）灯光在水中发生全反射的临界角C 的正切值；
（2）在水面上形成的光斑面积S.
6. （2023 长春三模）倒挂的彩虹被叫作“天空的微笑”，是由薄且均匀的卷云里面大量扁平的六角片状冰
晶（如图甲所示）折射形成。图乙为光线的简化光路图，冰晶的上下表面平行且与侧面垂直，光线从冰晶
的上表面进入，经折射从侧面射出，当太阳高度角
增大到某一临界值时，侧面的折射光线因发生全反射
而消失不见，下列说法正确的是（ ）
A. 光线有可能在下表面发生全反射
B. 光从空气进入冰晶后波长变长
C. 红光在冰晶中的传播速度比紫光在冰晶中的传播速度小
D. 随太阳高度角
增大，紫光比红光先在侧面发生全反射
7. （2023 湖南张家界模拟）日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示。太阳光线经卷层云中同一冰
5
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
晶的两次折射，分散成单色光，形成日晕。冰晶截面可看作正六边形。如图乙所示为一束紫光在冰晶上的
折射光路，
为冰晶上的入射角，
为经过第一个界面的折射角，
为光线离开冰晶的折射角，
为出
射光相对入射光的偏转角。下列说法中正确的是（ ）
A. 在冰晶内红光的传播速度比紫光的小
B. 若
，则冰晶对紫光的折射率为
C. 保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大
D. 若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光照射产生的光电子的最大初动能大
8. （2023 广东名校联盟大联考）某摄影爱好者假日期间前往公园观赏荷花，发现荷叶上的水珠特别“明
亮”。下列说法正确的是（ ）
A. 光从水珠表面照射到内部，该光的波长不变
B. 光从水珠表面照射到内部，该光的波长变小
C. 荷叶上的水珠特别“明亮”的原因是发生了光的折射和全反射
D. 荷叶上的水珠特别“明亮”的原因是发生了光的干涉和衍射
9. （2023 福建泉州三模）如图，被董黑的铁球表面有一层很薄的碳颗粒层，将其放入水中，碳粒层与水
之间又形成了一空气层，看上去变得锃亮。这属于光的（ ）
6
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
A. 折射现象
B. 全反射现象
C. 干涉现象
D. 衍射现象
10. （2023 湖南怀化二模） 高锟是著名的华裔物理学家，因在光纤通信方面的研究获得诺贝尔物理学奖，
被人们尊称为光纤之父。光纤通信的主要部件为光导纤维，其由纤芯和包层两部分组成，以合适角度进入
光纤的光能够在纤芯和包层分界面上发生全反射。如图所示，一条长直光导纤维的长度
，纤芯
的折射率
，在纤芯与包层的分界面发生全反射的临界角
。现一束细光从左端面中点射入，
下列说法正确的是（ ）
A. 光导纤维中纤芯材料的折射率应小于包层材料的折射率
B. 为使射入的光在纤芯与包层的界面恰好发生全反射，光在左端面的入射角应为
C. 若从左端射入的光能够传送到右端（无损失），则光在光导纤维内传输的最长时间约为
D. 若从左端射入的光能够传送到右端（无损失），则光在光导纤维内传输的最短时间约为
11（2023 广州二模）如图，光导纤维的内芯折射率为
、外套折射率为
，光由光导纤维的一端从空气
进入内芯后，经多次全反射传播到另一端射出，则（ ）
7
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
A.
>
B.
<
C. sin
=
D. sin
=
12. （2023 重庆名校质检）下列说法中正确的是（ ）
A. 全息照相利用了激光的衍射成像
B. 激光测距是利用激光的平行性好
C. 用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光的相干性好
D. 激光刻录利用激光的亮度高
13. （2022 山东青岛二模）日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示。太阳光线经卷层云中同一冰晶
的两次折射，分散成单色光，形成日晕。冰晶截面可看作正六边形。如图乙所示为一束紫光在冰晶上的折
射光路，
为冰晶上的入射角，
为经过第一个界面的折射角，
为光线离开冰晶的折射角，
为出射
光相对入射光的偏转角。下列说法中正确的是（ ）
A. 在冰晶内红光的传播速度比紫光的小
B. 若
，则冰晶对紫光的折射率为
C. 保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大
D. 若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光照射产生的光电子的最大初动能大
8
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
14. （2023 山东烟台一模）某小轿车雨刮器自动控制装置的主要部件是雨量传感器，雨量传感器的结构如
图所示。传感器的光学元件MNQP 紧贴在前挡风玻璃内表面，其折射率与挡风玻璃相同，光学元件的
MN、PQ 边分别与挡风玻璃表面垂直，MN、PQ 的长度均为3.4cm，MP 的长度为
，挡风玻璃的厚
度为0.8cm。当挡风玻璃外表面处于干燥状态时，红外发射管发出一细束红外线从MN 中点射向挡风玻璃，
红外线恰好在挡风玻璃的外表面发生全反射后射向PQ 中点，最终被红外接收管接收；当挡风玻璃外表面
有雨滴时，入射到挡风玻璃的红外线不能发生全反射，导致接收管接收的红外线变弱，从而自动控制雨刮
的转动。
（1）求挡风玻璃和光学元件的折射率n；
（2）请通过计算判断在图中红外发射管应该在a 还是在b 位置？红外接收管应该在c 还是在d 位置？请画
出当挡风玻璃外表面处于干燥状态时，红外线在挡风玻璃和光学元件中传播的光路图。
15. （2023 浙江温州重点高中期中联考）我国军事技术不断向高端发展，基本防御设施更加完善，在某种
防御设施中有一种特殊材料制作的观察孔玻璃砖，既有较强的抗击打能力，又可以有较好的视角。如图所
示，在宽度为d，厚度未知的矩形玻璃砖里侧，挖掉一块截面为半圆的部分，玻璃砖折射率合适时，外部
角度范围内景物发出的光线恰能全部进入O 点的人眼，且穿过玻璃砖内侧界面时不偏折，方便观察。
假设在O 点瞭望员的视角
为
，设该玻璃砖对自然光的折射率为n，真空中光速为c。
（1）求自然光在玻璃砖内传播的速度v；
（2）求该玻璃砖对自然光
折射率n；
（3）求光线同时沿AO 与CO 方向在玻璃砖中传播的时间差。
9
关注公众号：陆陆高分冲刺 ~领取：最新版“中考/高考-总复习”、最新试卷下载
16.（2022 山东淄博二模） 电子产品中常用到发光二极管，其中一种是由半径为R 的半球体透明介质和发
光管芯组成，管芯发光部分是一个圆心与半球体介质的球心O 重合的圆面，PQ 为发光圆面的直径，圆弧
ABC 在半球体介质过球心O 的纵截面上，B、D 分别为圆弧ABC、BDC 的中点，如图所示。由PQ 上的M
点发出的一条光线经D 点折射后与OB 平行，已知
。求：
（1）半球体介质的折射率及光从该介质射入空气中的临界角；
（2）为使从发光圆面第一次射向半球面上的所有光线都不发生全反射，管芯发光圆面的最大面积。
10
